JPH0754620A - カム軸の角度位置を調節する方法と装置 - Google Patents

カム軸の角度位置を調節する方法と装置

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JPH0754620A
JPH0754620A JP6116109A JP11610994A JPH0754620A JP H0754620 A JPH0754620 A JP H0754620A JP 6116109 A JP6116109 A JP 6116109A JP 11610994 A JP11610994 A JP 11610994A JP H0754620 A JPH0754620 A JP H0754620A
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camshaft
angular position
displacement
estimated
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JP6116109A
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Klaus-Gerd Meyer
ゲルト マイヤー クラウス
Gerhard Schneider
シュナイダー ゲルハルト
Guenter Dr Helling
ヘリング ギュンター
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
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    • F02D13/0234—Variable control of the intake valves only changing the valve timing only
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    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
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  • Valve Device For Special Equipments (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 内燃機関のカム軸の角度位置を迅速かつ安定
的に調節する。 【構成】 制御プログラムの実行とともに動作する制御
装置により操作信号を用いてアクチュエータが駆動さ
れ、クランク軸の回転角度に対するカム軸の角度位置が
目標角度位置に調節される。アクチュエータは、進み
値、遅れ値、保持値の３つの操作値のそれぞれ１つによ
って駆動される。次のプログラム実行開始時に存在する
カム軸の変位速度（ｖ＿SCH）が推定され、この変位速
度とカム軸変位の既知の時間特性（ｃ、ｖ＿END）に基
づいて変位角度（α＿SCH+）が推定されて、この推定変
位角度（α＿SCH+）と目標角度位置間のずれが許容範囲
内にあるときには、操作信号の進み値あるいは遅れ値か
らその保持値への切り替えが行われる。これによりカム
軸は高速にしかも正確に目標位置に達する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関のクランク軸
の回転角度を基準にしたカム軸の角度位置を目標角度位
置に調節する方法と装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】特許公開公報ＤＥ−Ａ−４００６９５０
には上述の技術分野に関する方法と装置が詳細に記載さ
れている。アクチュエータは制御プログラム実行ととも
に動作するＰＩＤ制御器により操作信号によって駆動さ
れる。アクチュエータは、はす歯を有する互いに噛合す
る２つの歯車を備えていて、その内一方の歯車はカム軸
と結合されており、他方はチェーンを介してクランク軸
によって駆動される。歯車は変位機構によって互いに軸
方向へ移動可能であって、それによってはす歯によりク
ランク軸とカム軸とが相対的にずれるようになる。変位
機構は操作信号によって駆動される。この操作信号はＰ
ＩＤ制御特性によって、制御偏差に基づいて、すなわち
実際角度位置と目標角度位置との差に基づいて形成され
る。目標角度位置はそれぞれエンジンの実際の運転状態
に従って特性値マップから読み出される。
【０００３】この種のＰＩＤ制御では比較的緩慢に新し
い目標値に調節される。というのは目標値と実際値の制
御偏差が小さくなるにつれて変位速度が次第に小さくな
るからである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上記
点に鑑みてなされたもので、カム軸の角度位置を目標角
度位置へ迅速にしかも正確に調節するための方法と装置
を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明方法においては、制御プログラムの実行とと
もに動作する制御装置により操作信号によって駆動され
るアクチュエータを用いてクランク軸の回転角度に対す
るカム軸の角度位置を目標角度位置に調節する方法にお
いて、アクチュエータが操作信号の３つの値、すなわち
内燃機関の吸気弁を早期に開放させる方向へカム軸を変
位させる進み値、吸気弁を遅れて開放させる方向にカム
軸を変位させる遅れ値およびその時の実際角度位置に保
持させる保持値のうち一つの値によってそれぞれ駆動可
能であって、次のプログラム実行開始時に存在するカム
軸の変位速度が推定され、この変位速度と保持値の操作
信号へ切り替えられた後のカム軸変位の既知の時間特性
とから、操作信号が次のプログラム実行開始時に保持値
に切り替えられたときにカム軸の角度位置がなお変化し
て達すると予測される変位角度が推定され、変位角度と
目標角度位置間のずれが許容範囲内にあるときには、操
作信号が進み値あるいは遅れ値から保持値に切り替えら
れる構成を採用した。
【０００６】さらに本発明装置においては、制御プログ
ラムの実行とともに動作する制御装置により操作信号に
よって駆動されるアクチュエータを用いてクランク軸の
回転角度に対するカム軸の角度位置を目標角度位置に調
節する装置において、アクチュエータは、操作信号の３
つの値、すなわち内燃機関の吸気弁を早期に開放させる
方向へカム軸を変位させる進み値、吸気弁を遅れて開放
させる方向にカム軸を変位させる遅れ値およびその時の
実際角度位置に保持させる保持値のうち一つの値によっ
てそれぞれ駆動可能なように構成されており、制御装置
は、次のように、即ち、制御装置により、次のプログラ
ム実行開始時に存在するカム軸の変位速度が推定され、
この変位速度と保持値の操作信号へ切り替えられた後の
カム軸変位の既知の時間特性とから、操作信号が次のプ
ログラム実行開始時に保持値に切り替えられたときにカ
ム軸の角度位置がなお変化して達すると予測される変位
角度が推定され、かつ変位角度と目標角度位置間のずれ
が許容範囲内にあるときには、操作信号が進み値あるい
は遅れ値から保持値に切り替えられるように構成されて
いる構成を採用した。
【０００７】
【作用】本発明方法と本発明装置は、未来の実際位置に
対する推定値を用いて動作する３位置動作制御器によっ
て動作する。操作信号は３つの値、すなわち吸気弁を早
期に開放させる方向へカム軸を変位させる進み値と、吸
気弁を遅く開放させる方向にカム軸を変位させる遅れ値
およびその時の実際角度位置を保持させる保持値のうち
一つをとることができる。制御プログラム実行毎に、カ
ム軸が次のプログラム実行時にどの推定角度位置をとる
かが調べられる。その場合に、カム軸が目標角度位置の
すぐそばにあって、すでに保持値に切り替えられた場合
でもカム軸が目標角度位置へ到達できることが明らかに
なった場合には、実際角度位置が実際にはまだ目標角度
位置からずれている場合でも、この切り替えが行われ
る。それによってＰＩＤ制御の場合よりもずっと高速に
調節が可能になる。というのはＰＩＤ制御器の場合に
は、実際角度位置が目標角度位置に近付くほど、変位速
度が次第に低下するからである。
【０００８】それに対して本発明方法においては、保持
値へ切り替えた場合でも変位機構の慣性によって目標位
置へ到達するぐらいの距離にカム軸が目標角度位置に近
付くようになるまでは、進み値あるいは遅れ値を出力す
ることによって最大の変位速度で変位が行われる。
【０００９】変位機構は、代表的には、異なる量のオイ
ルが供給される２つのチャンバ（室）を有している。一
方のチャンバのみにオイルが供給されると、変位は進み
の方向へ行われ、他方のチャンバのみにオイルが供給さ
れると、変位は遅れの方向に行われ、両方のチャンバに
ほぼ同一量のオイルが供給されると、その時の変位値が
得られたままの状態になる。このようにそれぞれ同量の
オイルの供給は、操作弁の駆動信号を５０％のパルスデ
ューティー比にすることによって得られる。実際におい
ては、変位機構をその位置に保持（停止）するために
は、やや異なるオイル量、即ち５０％から少しずれたパ
ルスデューティー比が必要である。また、それぞれ進み
の方向への変位後に保持が必要であるのか、あるいは遅
れの方向への変位後に保持が必要であるのかに従って、
保持値に関して異なるパルスデューティー比が必要にな
る場合もある。それぞれ保持値を最適に調節するため
に、好ましい実施例によれば保持値の適応（調整）が行
われる。
【００１０】この保持値の適応は、次の工程、すなわち ａ）保持値を１回出力した後に目標値がほぼ一定に保た
れているかどうかが調べられ、 ｂ）目標値がほぼ一定である場合には、待機時間の経過
後に保持値から進み値ないし遅れ値への変化が記録さ
れ、かつ ｃ）変化による差の絶対値が限界値を越えた場合には、
次の工程ａ）からｃ）の実施時にはより小さい差あるい
は反対の符号を有する差が得られるように保持値が所定
の小さいステップ幅で変化される各工程を用いて行なわ
れる。
【００１１】他の好ましい実施例によれば、最終変位速
度値の適応（あるいは時定数の適応）も行われ、それに
基づいて実際の位置を求める計算が行われる。それによ
って変位機構の駆動パラメータ、例えば加熱によって油
圧液の粘性が変化した場合でも、実際位置の推定値を極
めて正確に求めることができる。
【００１２】その場合、最終変位速度の適応は、 ａ）カム軸の角度位置を示す信号が発生したときに、こ
の信号が実際値として検出され、 ｂ）前記信号発生時にこの時点に対して推定された角度
位置が推定値として求められ、 ｃ）推定値と実際値との差が形成され、かつ ｄ）次の工程ａ）からｃ）の実施時にはより小さい差あ
るいは反対の符号を有する差が得られるように最終変位
速度が所定の小さなステップ幅で変化される各工程を用
いて行なわれる。
【００１３】更に、カム軸の角度位置の各実際値が、ク
ランク軸信号に対する個々のカム軸信号の位置に関する
ずれを考慮する調節値を用いて補正される。
【００１４】その場合、調節値が次のようにして、すな
わち、 ａ）カム軸が終端位置へ移動され、 ｂ）カム軸１回転の間に測定された実際値が検出され、
かつ ｃ）各実際値とそれぞれ関連する目標値間の差から、新
たな工程ａ）とｂ）の実施時にはより小さい差あるいは
反対の符号を有する差が得られるように、実際の調節値
が所定の小さいステップ幅で変化されるようにして求め
られる。
【００１５】
【実施例】以下に図面に示す実施例に従って本発明を詳
細に説明する。
【００１６】図１は、カム軸変位機構（調節機構）１１
と、クランク軸インクリメントセンサ１２と、カム軸信
号発生器１３と、（閉ループ）制御装置１４とを有する
内燃機関１０を示すものである。制御装置１４は、ＣＰ
Ｕ１５、Ｉ／Ｏインターフェース１６、クロック発生器
１７、ＲＡＭ１８およびプログラムを格納するＲＯＭ１
９を有するマイクロコンピュータであって、その機能は
図２から６を参照して後述される。
【００１７】クランク軸インクリメントセンサ１２は本
実施例においてはクランク角６°毎にクランク軸インク
リメント信号を出力する。カム軸信号発生器１３はカム
軸がそれぞれ９０°回転するとカム軸角度信号を出力す
る。これはエンジンの回転数が６００回転／分である場
合には、５０ｍｓｅｃ毎にカム軸角度信号が発生するこ
とを意味している。
【００１８】カム軸変位機構１１はカム軸を駆動する歯
車とクランク軸によって駆動される歯車を有し、歯車に
はそれぞれはす歯が設けられている。これら２つの歯車
は油圧装置を介して互いに対して軸方向へ移動され、そ
れによって本実施例においては全体として４０°の変位
ストロークが可能になる。油圧装置は、異なる量のオイ
ルが供給される２つのチャンバを有している。油圧装置
の位置を保持するためには、２つのチャンバにほぼ同量
のオイルが供給される。駆動する場合にはこれはチャン
バに関してほぼ５０％のパルスデューティー比を意味し
ている。進みの方向へ変位させる場合には、パルスデュ
ーティー比はほぼ０％になり、遅れの方向へ変位させる
場合にはほぼ１００％になる。これらそれぞれのパルス
デューティー比は、制御装置１４からカム軸変位機構１
１へ供給される位置信号が保持値あるいは進み値ないし
遅れ値をとるときに設定される。
【００１９】図２：機能の概観 ＲＯＭ１９に格納されている操作信号のそれぞれの値を
定めるためのプログラムの概略を図２を用いて説明す
る。プログラムは初期化プログラム、（不図示の）バッ
クグラウンドプログラムおよび２つの割込み（インタラ
プト）ルーチンである。
【００２０】処理の開始後にステップｓ１において初期
化が行われる。このステップでは特に以下で説明する計
算に使用されるような所定のパラメータ（変量）が設定
される。これらのパラメータは、各エンジンタイプにつ
いて、および各タイプのカム軸変位機構１１についてテ
スト台で所定の値に設定される。本実施例においては設
定された値は特に正確に定める必要はない。というのは
プログラム実行時に種々の適応（調整）が行われて、そ
れによって設定された値が修正されるからである。初期
化ステップｓ１において「次の操作値」のパラメータが
操作信号の遅れ値に設定される。初期化ステップｓ１は
図２に示すシーケンスの開始時に一度だけ実施される。
【００２１】バックグラウンドプログラムにおいては、
例えば回転数、絞り弁位置およびエンジン温度の値等の
エンジンの運転パラメータの値が検出される。これらの
値を用いて特性曲線および特性マップ値を用いることに
よってエンジン１０の実際の運転状態に対応するカム軸
（ＮＷ）の目標角度位置が求められる。このプログラム
部分においてはさらに回転数に従って、カム軸角度信号
のすべての信号、例えばカム軸１回転につき４つの信号
を評価するか、あるいは単にそれぞれカム軸１回転につ
き各信号の１つだけを評価するかが決定される。後者の
場合には、回転数が大きい場合、例えば３０００回転／
分を越える場合にはそれで十分であるとともに、計算の
負担も軽減される。すべての信号を使用する駆動と信号
の１つだけを使用する駆動を切り替えるために、数十回
転／分のヒステリシスが設けられる。
【００２２】図２において初期化プログラムの他に図示
されている２つの割込みルーチンは次の条件の元で開始
される。左のルーチンはカム軸角度信号が発生した場合
に開始される。その場合、上述した状況が区別される。
即ち、回転数が小さい場合にはすべての角度信号が使用
され、回転数が大きい場合にはカム軸１回転につき１つ
の信号のみが使用される。内燃機関の回転数が６００回
転／分である場合にはこのルーチンは上述の場合５０ｍ
ｓｅｃ毎に開始される。それに対してカム軸変位機構１
１の新しい操作値を定める右のルーチンは、前のルーチ
ン実行時に求められた操作値が出力される場合に、常に
開始される。この読み出しは例えば５ｍｓｅｃの周期を
有する定まった時間間隔で行われる。
【００２３】主として適応目的に使用される左のルーチ
ンはステップｓ２からｓ６を有する。ステップｓ２にお
いては割込み発生時に測定された生の値に基づいて調節
値を考慮してカム軸角度位置の実際値α＿ISTが求めら
れる。調節値は車両の最終組み立て時に定められ、ステ
ップｓ３で適応される。これに関しては図３を参照して
後述する。
【００２４】ステップｓ４においては後述するステップ
ｓ１３．２で計算された推定カム軸角度位置の値α＿SC
Hが割込み時点の実際値に基づいて補正される。それに
よって補正された推定値α＿SCH'が得られる。補正は例
えば、左のルーチンの割込み時点で測定された実際値
に、推定変位速度ｖ＿SCHを考慮して左のルーチンの割
込み時点と右のルーチンの次の割込み時点の間の期間に
カム軸が移動した角度変化を加算することによって行わ
れる。このようにして得られた値α＿SCH'は、所定の前
提条件が満たされる場合には、次のステップｓ５におい
てカム軸の変位速度の適応に使用される。正確に説明す
ると、進みの方向への最終変位速度ｖ＿Fと遅れの方向
への最終変位速度ｖ＿Sが適応される。詳細については
図４のフローチャートを用いて説明する。
【００２５】次のステップｓ６において推定カム軸角度
位置α＿SCHがカム軸角度位置の測定されかつ補正され
た実際値を考慮して計算され、次の操作値を出力する右
のルーチン開始時に存在する値として格納される。
【００２６】この右のルーチンにはステップｓ７からｓ
１３が設けられており、これらのステップにおいては主
として、このルーチンの次の開始時に出力される操作値
が計算される。ステップｓ７からｓ１１は、パラメータ
ｖ＿ENDを値ｖ＿Sあるいは値ｖ＿Fあるいは０にセット
するために用いられる。その場合にｖ＿ENDは、カム軸
が比較的長い期間にわたって遅れの方向あるいは進みの
方向へ変位させる操作信号で駆動された場合に、クラン
ク軸に対するカム軸が達する最終変位速度である。変量
ｖ＿ENDは、ステップｓ１３に従って操作値を形成する
際に必要となる。ステップｓ８とｓ１０においてはさら
に、保持値から遅れ値へ、ないしは進み値への変化が行
われたかどうかが記憶される。これらのステップに従っ
て保持値が適応され（ステップｓ１２、図５）、新しい
操作値が決定される（ステップｓ１３、図６）。
【００２７】図３：調節値の適応（ステップｓ３） 上述の調節値は、シリンダの上死点とそれに関連するカ
ム軸信号発生器１３の信号間の角度が正確に対応してお
らず、カム軸信号発生器がカム軸の回転毎にその４つの
信号（本実施例の場合）を必ずしも９０°毎に正確に発
生せず、例えば上死点後の１°（０°の代わりに）並び
に上死点後の８９°、１７８°および２７２°に発生す
るという問題に関係する。０°、９０°、１８０°およ
び２７０°の正しい値を得るためには、例えば左の割込
みルーチンで得られる測定値からそれぞれ本実施例の４
つの信号に関してはそれぞれ−１°、＋１°、＋２°な
いし−２°になる調節値を引算して、それによってステ
ップｓ２で補正された実際値α＿ISTが得られるように
しなければならない。本実施例においてはグローバルな
調節値と信号個別の調節値が最終組み立て時と車両の駆
動時に、ステップｓ３．１からｓ３．１０を有する図３
に示す方法を用いて調整される。
【００２８】ステップｓ３．１において、カム軸角度位
置の目標値が十分長く遅れの終端に対応しており、それ
によって遅れ終端に達していると考えることができるか
どうかが調べられる。例えば０．５秒の所定の時間がま
だ経過していない場合には、直接ステップｓ４に達す
る。そうでない場合にはステップｓ３．２において、回
転数が例えば３０００回転／分の設定可能なしきい値よ
り低いかどうかが調べられる。そうでない場合には、同
様に即座にステップｓ４へ達する。このステップは、適
応を行う際の障害の影響をできるだけ排除し、計算の負
担を軽減するためのものである。
【００２９】ステップｓ３．３においては、終端位置の
補正された実際値α＿ISTと終端位置の角度α＿ENDであ
る所定の値０との差が形成される。ステップｓ３．４に
おいては、基準シリンダに当てはまるグローバルな調節
値を補正すべきかあるいは信号個々の値を補正すべきか
が決定される。実際のカム軸角度信号が基準シリンダに
属する場合には、ステップｓ３．５において求められた
差の所定成分によりグローバルな調節値の変更が行われ
る。これは、ローパスフィルタリングによって行われる
ので、次のプログラム実行時には差が小さくなると考え
ることができる。その後ステップｓ３．１０へ達する。
【００３０】ステップｓ３．４において、信号個別の調
節値を補正すべきことが明らかにされた場合には、ステ
ップｓ３．６においてステップｓ３．３で求めた差が
「０」より大きいかどうかが調べられる。そうである場
合には、ステップｓ３．７において該当するシリンダに
属する調節値が、次のプログラム実行時に差が小さくな
るか、あるいは逆の符号を有する値が発生すると考えら
れる方向へ所定の値だけ変化される。その後ステップｓ
３．１０に達する。
【００３１】ステップｓ３．６において、差が「０」よ
り大きくないことが明らかにされた場合には、ステップ
ｓ３．８において、ステップｓ３．３で求めた差が
「０」より小さいかどうかが調べられる。そうである場
合にはステップｓ３．９において該当するシリンダに属
する調節値が、次のプログラム実行時に差が小さくなる
か、あるいは逆の符号を有する値が発生すると考えられ
る方向へ所定の値だけ増大される。その後ステップｓ
３．１０へ達する。
【００３２】ステップｓ３．１０においては、ステップ
ｓ２ですでに１回補正されているカム軸角度位置の測定
値が新しい関連する調節値を考慮して補正される。その
後ステップｓ４に達する。
【００３３】図４：変位速度の適応（ステップｓ５） 変位速度ｖ＿SCHの計算並びにそれに関係する値の計算
には最終変位速度ｖ＿ENDが重要な役割を果たす。この
最終変位速度が連続して可能な限り正確に知ることがで
きるようにするために、好ましい実施例においてはサブ
ステップｓ５．１からｓ５．９を有するステップｓ５に
おいて適応が継続的に行われる。
【００３４】ステップｓ５．１、ｓ５．２、ｓ５．３お
よびｓ５．４においては、変位速度の適応を行うべき条
件が調べられる。いずれかの条件が満たされていない場
合には、直接ステップｓ６に達する。
【００３５】ステップｓ５．１においては、１方向の変
位の期間が例えば５０ｍｓｅｃの設定可能な時間限界値
に達したかどうかが調べられる。それによって定常的な
状態と考えられない変位の初期領域が排除される。ステ
ップｓ５．２では、カム軸角度位置が２つの終端位置の
いずれかの近傍にあるかどうかが調べられる。というの
はこのような場合にも定常的な状態であると考えられな
いからである。
【００３６】ステップｓ５．３においては、エンジン回
転数が、すべてのカム軸角度信号の処理とそれぞれカム
軸１回転につき１つの信号だけの処理に切り替えが行わ
れる過渡領域にあるかどうかが調べられる。物理的な状
況が同一である場合には処理が異なることによって種々
の変位速度の適応が行われるので、過渡領域では適応は
意味を失う。
【００３７】適応は測定カム軸角度位置α＿ISTと推定
カム軸角度位置α＿SCH'との比較によって行われる。こ
の推定角度位置は推定変位速度ｖ＿SCHを用いて求めら
れる。２つのカム軸角度位置が一致しない場合には、値
ｖ＿SCHが正しく求められていないと考えられる。ｖ＿S
CHは２つの最終変位速度ｖ＿Fないしｖ＿Sから計算され
る。２つの値のうち一方を適応しようとする場合には、
その前の値がｖ＿SCHに余り強く作用しないことが保証
されなければならない。例えば所定の期間後遅れの方向
への変位の要求が最初に出力された場合、保持状態後に
遅れの方向への変位が行われるときと、それが進みの方
向への変位後に行われるときでは、状況が異る。このよ
うな相違とはほぼ無関係であるために、ステップｓ５．
４に示す検査が行われる。
【００３８】ステップｓ５．５においては、推定カム軸
角度位置α＿SCH'と実際角度位置α＿IST間の差に基づ
き例えば１°／２秒のスケールファクタｋを使用して変
位速度の補正値ｖ＿delが計算される。この補正値はス
テップｓ５．７あるいはｓ５．８で使用され、それによ
ってステップｓ５．６で変位が丁度進みの方向あるいは
遅れの方向に行われるかが判別された後、図４に記載の
式を用いて進みないし遅れ変位の最終変位速度が変化さ
れる。ステップｓ５．９においてはさらに上限と下限が
守られているかが監視される。
【００３９】図５：保持用の操作値の適応（ステップｓ
１２） すでに説明したように、保持値が出力される場合に、カ
ム軸の角度位置は不変に留まっていなければならない。
理想的な場合には保持値は上述の５０％のパルスデュー
ティー比を有する。実際には、保持値を表す必要なパル
スデューティー比は５０％からずれており、例えば５９
％となる。さらに通常は、その前に遅れ値が出力された
か進み値が出力されたかに従って異なる保持値が必要に
なる。このような５０％のパルスデューティー比からの
保持値のずれをそれぞれ実際の使用例に調整するため
に、サブステップｓ１２．１からｓ１２．８を有する適
応ステップｓ１２が実施される。
【００４０】ステップｓ１２．１において、保持値が１
回出力された後カム軸角度位置の目標値が長く（例えば
５０ｍｓｅｃの待機時間）一定であり、それによって次
に行われる変位は正確に調整されていない保持値を補正
するためだけに必要なものであると考えることができる
かが調べられる。そうでない場合にはすぐにステップｓ
１３へ進む。
【００４１】ステップｓ１２．２では、カム軸角度位置
が２つの終端のいずれかの近傍にあるかどうかが調べら
れる。そうである場合には直接ステップｓ１３へ進む。
というのはその場合には保持値の適応は必ずしも確実に
実施できないからである。
【００４２】保持値の適応が実施できることが明らかに
された後に、続くステップｓ１２．３において適応の主
要部分が開始される。
【００４３】保持値が進み値あるいは遅れ値へ変化（交
替）した場合に、これはステップｓ８ないしｓ１０で検
出され、ステップｓ１２．４で本実施例では２５０ｍｓ
ｅｃの期間内の両方向の変化の数の差が調べられる（遅
れ方向への変化マイナス進み方向への変化）。この差が
例えば４変化の所定の限界値を越えた場合には、ステッ
プｓ１４．５において保持値が、本実施例ではパルスデ
ューティー比で０．４％になる所定の小さいステップ幅
ｄ＿ＳＷだけ増大される。その後ステップｓ１２．８に
進む。
【００４４】ステップｓ１２．６において、進み変位へ
の変化の数が遅れ変位への変化の数を所定の限界値だけ
上回ったことが明らかにされた場合には、ステップｓ１
２．７において保持値が、本実施例ではパルスデューテ
ィー比で０．４％になる所定の小さいステップ幅ｄ＿Ｓ
Ｗだけ減少される。その後ステップｓ１２．８へ進む。
【００４５】ステップｓ１２．８において、適応が行わ
れた後に、行われた変位の変化用の２つの値が初期化さ
れ（０にセットされ）、ステップｓ１２．１で用いられ
る記憶された目標値も同様に初期化され（０にセットさ
れ）、それによって目標値の変化を識別することができ
る。
【００４６】図６：新しい操作値を求める（ステップｓ
１３） 右のルーチンの次の開始時に呼び出される新しい操作値
を求めるためのステップｓ１３はサブステップｓ１３．
１からｓ１３．９を有する。
【００４７】ステップｓ１３．１において、次のプログ
ラム実行時までの変位に対して有効な推定変位速度ｖ＿
SCHが求められる。制御対象の変位速度が１次遅れのロ
ーパスフィルタに対応した特性を有すると仮定すると、
変位速度の最終値を知ることが必要である。この検出
は、ステップｓ８（遅れ変位に対して）ないしはステッ
プｓ１０（進み変位に対して）において行われる。最終
値ｖ＿ENDは、特にエンジン回転数ｎに関係する係数Ｆ
で乗算される。これは、それぞれの最終速度ｖ＿ENDは
カム軸回転数に比較的顕著に依存するからである。例え
ば１５００回転／分のエンジン回転数以下ではカム軸変
位機構１１を駆動する液圧オイルの圧力はまだ最大圧力
に達していない。さらにその場合に、４つのカム軸信号
をすべて調べる処理から１つの信号を調べる処理へ（あ
るいはその逆）の移行を考慮しなければならない。
【００４８】それに従って推定変位速度ｖ＿SCHの計算
は、カム軸変位機構１１の時定数τに従って決まる定数
ｃに基づき、通常の一次遅れのデジタルの過渡応答関数
を用いて行われる。一般に両移動方向に対する時定数は
互いに異なっている。従って、ステップｓ１３．１では
ｃに関してｃ＿Ｓ（遅れに対する値）ないしｃ＿Ｆ（進
みに対する値）を用いることができる。
【００４９】ステップｓ１３．２においては、右の割込
みルーチンの次の開始時に得られると予測されるカム軸
角度位置α＿SCHが推定される。これは、前回の実行時
に計算された推定値α＿SCHと、右の割込みルーチンを
２回実行する間の所定期間Δｔ（５ｍｓｅｃ）と、ステ
ップｓ１３．１で計算された推定速度値ｖ＿SCHとに基
づきステップｓ１３．２に図示した式を用いて行われ
る。
【００５０】さらに、ステップｓ１３．２では、次のプ
ログラム実行の開始時に保持値が出力され、そのときカ
ム軸が制御対象全体の慣性によってさらに幾らか変位す
ると予測される場合に達すると推定されるカム軸の角度
位置の値が計算される。その場合、このステップに図示
した式を用いて計算された値α＿SCH+によって、どの値
が右の割込みルーチンの次の実行開始とともに出力され
るべきかが決まる。変位が続いている場合に目標値にま
だ到達しなかったときでも保持値へ移行することが目的
ではあるが、カム軸変位機構１１のローパス特性に基づ
き保持値が出力されるときには、そのときでも実際値が
目標値に到達すると考えられる。この処置によって、カ
ム軸をかなり長い間最大変位速度で駆動することがで
き、少し前に保持値を出力するようにすれば、丁度目標
角度位置に達するようにすることができる。それによっ
てそれぞれの目標値に極めて高速に設定することが可能
になる。右の割込みルーチンの次の実行開始とともにど
のような値を出力すべきかの決定は、値α＿SCH+と値α
＿SOLL間の差α＿DIFを形成する今の実行中に行なわれ
る。
【００５１】ステップｓ１３．３において、この差が設
定可能な所定の許容しきい値より大きいかが調べられ
る。そうである場合には、ステップｓ１３．４におい
て、新しい操作値を遅れ値にすべきことが決められ、こ
のルーチンの実行を終了する。そうでない場合にはステ
ップｓ１３．５において、差α＿DIFがマイナスの許容
しきい値より小さいかどうかが調べられる。そうである
場合にはステップｓ１３．６において、新しい操作値を
進み値にすべきことが決められ、このルーチンの実行を
終了する。そうでない場合にはステップｓ１３．７にお
いて、新しい操作値を適応された保持値にすることが決
められる。
【００５２】その場合にはステップｓ１３．８におい
て、前回要求された変位が遅れ方向の変位であったかど
うかが調べられる。そうである場合には、ステップ１
３．９において出力すべき保持値が設定可能な補正値だ
け増大される。それによってカム軸変位機構１１の特性
曲線のヒステリシスが考慮され、それは以下のように作
用する。進みの方向に変位が行われたとすると、カム軸
角度位置を一定に維持するためには、次に例えば５６％
の値が必要となる。それに対して遅れの方向に変位が行
われた場合には、カム軸角度位置を一定に維持するため
には、次に例えば５９％の値が必要となる。
【００５３】ステップｓ１３．８あるいはステップｓ１
３．９の後、右のルーチン実行を終了する。
【００５４】本実施例においては、カム軸の１回転毎に
４つのカム軸角度信号が出力される。しかしもっと少な
い信号を処理することもできるが、もっと多い信号を処
理することも可能である。１回転毎に出力される信号が
少なくなるにつれて、より長い期間各推定値で処理を行
なわなければならない。逆に測定が多くなると推定値が
少なくなり、それによって原理的により正確な可制御性
が得られる。
【００５５】しかし、各測定はさらに計算コストを意味
することに注意しなければならない。といのは各測定に
よって測定された角度だけでなく、測定時点も記憶しな
ければならず、その後これら２つのパラメータと実際の
計算の流れにおける差を用いて、測定値が実際の時点に
どのくらい関係するかを検出しなければならないからで
ある。従って、どれだけ少ない測定値で済ますことがで
きるかが試行される。全体構造の時間特性が正確にわか
っているほど、推定はより信頼性のあるものになり、そ
れだけ少ない推定値で処理することができる。また、比
較的回転数が低い場合、例えば２０００回転／分より低
い場合にはカム軸回転毎に４つの信号を検出し、それに
対して回転数がより高い場合には、２つの信号だけを検
出することも可能である。
【００５６】適応は上述とは異なるように実施すること
もできる。例えば最終変位速度の適応時、遅れ値ないし
は進み値が比較的長く出力されたときには、変位機構が
その最終速度に達し続いて互いに連続する２つの角度測
定を用いて最終速度が求められるまで待機するようにす
ることもできる。保持値は、例えば目標角度位置を継続
的に維持したときム軸角度位置が変化するかどうかを調
べることによって適応される。これは、実際値が不正確
な保持値によって変位したときのような場合である。遅
れ変位になると、これは、保持値が角度位置を実際に保
持せず、遅れ方向に変位したことを示すものである。そ
の場合にはパルスデューティー比は幾分減少される。逆
の場合には幾分増大される。
【００５７】最終変位速度の代表的な値は２０°／１０
０ｍｓｅｃである。保持信号への切り替え後の１次遅れ
の過渡応答に対するシステムの時定数の代表的な値は、
４０ｍｓｅｃである。
【００５８】本実施例においては、ステップｓ１３．１
の式に示す１次の過渡応答を決めるパラメータｃとｖ＿
ENDのうち最終変位速度ｖ＿ENDのみが適応される。しか
し、図４を用いて説明した方法など同様な方法を用いて
小さいステップ幅で定数ｃを変化させて、実際の時間特
性（時定数）によりよく近似させることも可能である。
【００５９】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、保持値に切り替えられた場合でもカム軸が目
標角度位置へ到達できることが明らかになった場合に
は、実際角度位置が実際にはまだ目標角度位置からずれ
ている場合でも、この切り替えが行われ、それによって
ＰＩＤ制御の場合よりもカム軸の角度位置を目標角度位
置へより高速にしかも安定して調節することが可能にな
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による装置の実施例の概略構成を示すブ
ロック図である。
【図２】本発明方法の実施例の概略の制御の流れを示す
フローチャートである。
【図３】カム軸の角度位置に対する調節値を求める手順
を示すフローチャートである。
【図４】カム軸の角度位置への最終変位速度を適応させ
る手順を示すフローチャートである。
【図５】目標角度位置に調節するための操作信号の保持
値を適応させる手順を示すフローチャートである。
【図６】新しい操作値を求める手順を示すフローチャー
トである。
【符号の説明】
１０ エンジン １１ カム軸変位機構 １４ 制御装置 １５ ＣＰＵ １６ Ｉ／Ｏインターフェース １７ クロック
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ゲルハルト シュナイダー ドイツ連邦共和国 71706 マルクグレニ ンゲン アウフランデルン 21 (72)発明者 ギュンター ヘリング ドイツ連邦共和国 71254 ディッツィン ゲン ディッツェンブルナーシュトラーセ 102

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 制御プログラムの実行とともに動作する
    制御装置により操作信号によって駆動されるアクチュエ
    ータを用いてクランク軸の回転角度に対するカム軸の角
    度位置を目標角度位置に調節する方法において、 アクチュエータが操作信号の３つの値、すなわち内燃機
    関の吸気弁を早期に開放させる方向へカム軸を変位させ
    る進み値、吸気弁を遅れて開放させる方向にカム軸を変
    位させる遅れ値およびその時の実際角度位置に保持させ
    る保持値のうち一つの値によってそれぞれ駆動可能であ
    って、 次のプログラム実行開始時に存在するカム軸の変位速度
    （ｖ＿SCH）が推定され、 この変位速度と保持値の操作信号へ切り替えられた後の
    カム軸変位の既知の時間特性（ｃ、ｖ＿SCH）とから、
    操作信号が次のプログラム実行開始時に保持値に切り替
    えられたときにカム軸の角度位置がなお変化して達する
    と予測される変位角度（α＿SCH+）が推定され、 変位角度（α＿SCH+）と目標角度位置間のずれが許容範
    囲内にあるときには、操作信号が進み値あるいは遅れ値
    から保持値に切り替えられることを特徴とするカム軸の
    角度位置を調節する方法。
  2. 【請求項２】 次のプログラム実行開始時に存在すると
    予測される変位速度（ｖ＿SCH）が、設定時定数（ｃ、
    Δｔ）と最終変位速度（ｖ＿END）を有する１次遅れの
    過渡応答関数を用いて実際の変位速度から推定されるこ
    とを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 時定数が適応されることを特徴とする請
    求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 最終変位速度（ｖ＿END）が適応される
    ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
  5. 【請求項５】 最終変位速度（ｖ＿END）が次の工程、
    すなわち ａ）カム軸の角度位置（α）を示す信号が発生したとき
    に、この信号が実際値として検出され、 ｂ）前記信号発生時にこの時点に対して推定された角度
    位置が推定値として求められ、 ｃ）推定値と実際値との差が形成され、かつ ｄ）次の工程ａ）からｃ）の実施時にはより小さい差あ
    るいは反対の符号を有する差が得られるように最終変位
    速度が所定の小さなステップ幅で変化される、 各工程を用いて適応されることを特徴とする請求項４に
    記載の方法。
  6. 【請求項６】 保持値が適応されることを特徴とする請
    求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
  7. 【請求項７】 保持値が次の工程、すなわち ａ）保持値を１回出力した後に目標値がほぼ一定に保た
    れているかどうかが調べられ、 ｂ）目標値がほぼ一定である場合には、待機時間の経過
    後に保持値から進み値ないし遅れ値への変化が記録さ
    れ、かつ ｃ）変化による差の絶対値が限界値を越えた場合には、
    次の工程ａ）からｃ）の実施時にはより小さい差あるい
    は反対の符号を有する差が得られるように保持値が所定
    の小さいステップ幅で変化される、 各工程を用いて適応されることを特徴とする請求項６に
    記載の方法。
  8. 【請求項８】 カム軸の角度位置の各実際値が、クラン
    ク軸信号に対する個々のカム軸信号の位置に関するずれ
    を考慮する調節値を用いて補正されることを特徴とする
    請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記調節値が次のようにして、すなわ
    ち、 ａ）カム軸が終端位置へ移動され、 ｂ）カム軸１回転の間に測定された実際値が検出され、
    かつ ｃ）各実際値とそれぞれ関連する目標値間の差から、新
    たな工程ａ）とｂ）の実施時にはより小さい差あるいは
    反対の符号を有する差が得られるように、実際の調節値
    が所定の小さいステップ幅で変化される、 ようにして求められることを特徴とする請求項８に記載
    の方法。
  10. 【請求項１０】 制御プログラムの実行とともに動作す
    る制御装置（１４）により操作信号によって駆動される
    アクチュエータ（１１）を用いてクランク軸の回転角度
    に対するカム軸の角度位置を目標角度位置に調節する装
    置において、 アクチュエータは、操作信号の３つの値、すなわち内燃
    機関の吸気弁を早期に開放させる方向へカム軸を変位さ
    せる進み値、吸気弁を遅れて開放させる方向にカム軸を
    変位させる遅れ値およびその時の実際角度位置に保持さ
    せる保持値のうち一つの値によってそれぞれ駆動可能な
    ように構成されており、 制御装置は、次のように、即ち、制御装置により、 次のプログラム実行開始時に存在するカム軸の変位速度
    （ｖ＿SCH）が推定され、 この変位速度と保持値の操作信号へ切り替えられた後の
    カム軸変位の既知の時間特性（ｃ、ｖ＿SCH）とから、
    操作信号が次のプログラム実行開始時に保持値に切り替
    えられたときにカム軸の角度位置がなお変化して達する
    と予測される変位角度（α＿SCH+）が推定され、かつ変
    位角度（α＿SCH+）と目標角度位置間のずれが許容範囲
    内にあるときには、操作信号が進み値あるいは遅れ値か
    ら保持値に切り替えられる、 ように構成されていることを特徴とするカム軸の角度位
    置を調節する装置。
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